单片机外部通讯高级技术与应用：探索前沿，引领创新

# 1. 单片机外部通讯基础

单片机作为一种微型计算机，其功能和应用范围不断扩展，外部通讯能力是单片机的重要特性之一。单片机外部通讯是指单片机与外部设备或系统进行数据交换和控制的过程。

外部通讯对于单片机来说至关重要，它可以实现单片机与外界的信息交互，扩展单片机的功能，使其能够应用于更广泛的领域。常见的单片机外部通讯方式包括串口通信、总线通信和无线通信。

# 2.1 串口通信原理及硬件接口

### 2.1.1 串口通信基础

串口通信是一种异步串行通信方式，其特点是数据位逐个发送和接收，并且不使用时钟信号进行同步。串口通信的优点在于线路简单、成本低廉，适用于短距离通信。

串口通信的基本原理是将并行数据转换为串行数据进行传输，然后在接收端将串行数据还原为并行数据。串口通信的数据传输速率由波特率决定，常见的波特率有 9600、115200、921600 等。

### 2.1.2 单片机串口硬件接口

单片机串口硬件接口通常包括以下几个部分：

- **发送器 (TX)**：负责将并行数据转换为串行数据并发送出去。
- **接收器 (RX)**：负责接收串行数据并将其还原为并行数据。
- **波特率发生器**：负责产生波特率时钟信号，用于控制数据传输速率。
- **控制寄存器**：用于配置串口通信参数，如波特率、数据位、停止位等。

常见的单片机串口硬件接口标准有 UART (通用异步收发传输器) 和 USART (通用同步异步收发传输器)。UART 仅支持异步通信，而 USART 既支持异步通信也支持同步通信。

**代码块：**

// 配置串口波特率为 9600
SCON = 0x50;

**逻辑分析：**

SCON 寄存器是串口控制寄存器，其第 6 位和第 7 位用于设置波特率。将 SCON 寄存器设置为 0x50，即设置波特率为 9600。

**参数说明：**

- SCON：串口控制寄存器
- 0x50：波特率为 9600 的设置值

# 3. 单片机总线通讯技术

### 3.1 I2C总线通信

#### 3.1.1 I2C总线原理及协议

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信总线，用于连接多个设备。它由飞利浦公司开发，广泛应用于嵌入式系统和工业控制领域。

I2C总线采用主从模式，由一个主设备和多个从设备组成。主设备负责发起通信，控制总线访问，而从设备负责响应主设备的请求。

I2C总线使用两条信号线：

* **SCL（串行时钟线）：**主设备控制总线时钟，从设备同步时钟信号。
* **SDA（串行数据线）：**数据在SCL时钟的控制下在主设备和从设备之间传输。

I2C通信协议包括以下步骤：

1. **起始条件：**主设备发送一个起始条件，表示通信开始。起始条件由一个高电平到低电平的转换表示。
2. **设备地址：**主设备发送从设备的7位地址，后跟一个读/写位。读/写位表示主设备是要从从设备读取数据还是向从设备写入数据。
3. **应答：**如果从设备识别出自己的地址，它将发送一个应答信号，表示它已准备好通信。
4. **数据传输：**主设备和从设备根据读/写位进行数据传输。
5. **停止条件：**主设备发送一个停止条件，表示通信结束。停止条件由一个低电平到高电平的转换表示。

#### 3.1.2 单片机I2C总线通信实现

使用单片机实现I2C总线通信需要配置单片机的I2C外设。以下是一个使用STM32单片机实现I2C总线通信的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c;

void I2C_Init() {
  hi2c.Instance = I2C1;
  hi2c.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c.Init.OwnAddress1 = 0x00;
  hi2c.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  HAL_I2C_Init(&hi2c);
}

void I2C_Write(uint8_t address, uint8_t *data, uint16_t length) {
  HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c, address, data, length, HAL_MAX_DELAY);
}

void I2C_Read(uint8_t address, uint8_t *data, uint16_t length) {
  HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c, address, data, length